Очевидно, что этот эффект, будет тем заметнее, чем глубже погружено подводное крыло- и чем выше поднят корпус над водой. Нужно оговориться, что подводные Крылья рассчитаны на определенную глубину погружения. Поэтому на спокойной воде все обстоит благополучно — при разгоне судно автоматически принимает расчетное устойчивое положение над водой. Но стоит крылатому катеру встретиться с волной, как картина резко меняется. Когда крыло проходит под гребнем, то глубина его погружения резко увеличивается, что вызывает изменение дифферента катера и углов атаки крыльев. В результате может произойти го, что называют потерей продольной устойчивости движения: катер опустится корпусом на воду и перейдет в водоизмещающий режим При сходе с волны крыло может вообще выйти из воды и полностью потерять подъемную силу.
Чтобы обеспечить устойчивое движение небольшого катера на подводных крыльях на волнении, необходимо предусмотреть устройства, стабилизирующие положение судна относительно поверхности воды и позволяющие автоматически поддерживать постоянную подъемную силу на крыльях.
В отечественном речном судостроении в основном получили распространение подводные крылья малопогруженного типа. Эта система позволяет осуществлять самостабилизацию судна за счет влияния близости поверхности воды, т. е. при увеличении погружения крыла подъемная сила на нем возрастает, вследствие чего судно всплывает. Способность идти на волнении у судов с такими крыльями ограничена: волновые возмущения особенно значительны именно вблизи поверхности воды, поэтому крылья могут оголяться и подвергаться жестким гидродинамическим ударам, так как работает сразу вся площадь крыла.
Гораздо большие возможности в этом отношении предоставляют подводные крылья, пересекающие поверхность воды. Стабилизация движения осуществляется здесь за счет изменения погруженной площади крыла. Благодаря большему погружению крылья менее подвержены волновым возмущениям, которые затухают с увеличением глубины. Подъемная сила на пересекающих поверхность крыльях в условиях волнения изменяется плавно, и потери устойчивости движения не происходит.
Характерным признаком таких крыльев являются расширяющиеся кверху наклонные стабилизаторы. При входе стабилизаторов в воду на них развивается дополнительная подъемная сила, которая и возвращает судно в исходное положение. Это наиболее простой способ стабилизации движения мореходных катеров, не требующий сложных управляющих устройств. Очевидно, поэтому пересекающие поверхность подводные крылья и получили такое широкое применение за рубежом на самых малых мотолодках и катерах.
Упомянем еще о двух типах подводных крыльев повышенной мореходности. Это глубокопогруженные крылья, которые стабилизируют движение судна изменением установочных углов атаки, и подводные крылья с комбинированным .управлением, которые осуществляют стабилизацию движения благодаря наличию пересекающих поверхность воды элементов и подаче регулируемого количества воздуха к поверхностям крыла. Обе эти схемы требуют применения автоматических устройств, регулирующих подъемную силу крыльев.
Вернемся к пересекающим поверхность крыльям. Сначала суда оборудовались носовыми и кормовыми крыльями, одинаковыми по форме. Однако развитые наклонные стабилизаторы на кормовом крыле при погружении в волну вызывают чрезмерное всплытие кормы, что соответственно уменьшает дифферент судна и угол атаки носового крыла. В результате подъемная сила на носовом крыле падает, и судно зарывается носом в волну. На современных катерах только носовое крыло имеет типичную V-образную форму с развитыми наклонными стабилизаторами, а кормовое делается плоским. При этом носовое крыло несет примерно 55—60% водоизмещения, а продольная устойчивость движения обеспечивается целиком за счет его стабилизаторов.
Первоначальный патент на рассматриваемую систему крыльев принадлежит немецкому конструктору Гансу Шертелю. Сейчас малые суда с пересекающими поверхность крыльями проектирует и строит в основном швейцарская фирма «Супрамар». Среди современных катеров этой фирмы следует отметить двенадцатиместный «РТ-4», который строит по лицензии японская фирма Хитачи. Катер предназначен для прогулок, спортивного рыболовства и пассажирских перевозок в защищенных водных бассейнах, реках, озерах и закрытых заливах. Носовое крыло, пересекающее водную поверхность, поддерживает 68 То веса катера, а полностью погруженное кормовое— 32%- Каждое крыло образует единую конструкцию вместе с поддерживающими стойками, что облегчает смену крыльевых устройств. Угол атаки носового крыла можно регулировать во время движения посредством гидравлического механизма.
Оригинальное крыльевое устройство установлено на мотолодке Бейкера: одно носовое и два расположенных по бортам кормовых подводных крыла, все одинаковой V-образной формы. Носовое крыло поворачивается вокруг вертикальной оси и работает как руль. Кормовые крылья могут поворачиваться вокруг горизонтальной оси, изменяя угол атаки в зависимости от нагрузки и скорости. Па мелководье крылья можно поднимать вверх.
В Японии в настоящее время фирмами Хитачи и Эйдай Санге строятся мотолодки «Эйдай-14» и «Эйдай-16» с пересекающими поверхность воды крыльями, которые также можно поднимать для уменьшения осадки: носовое крыло выполнено в виде расположенных по бортам разрезных наклонных пластин, поднимающихся кверху, а полностью погруженное кормовое крыло закреплено на дейдвуде подвесного мотора и откидывается вместе с ним. Механизм поднятия носовых крыльев этих мотолодок запатентован Гансом Шертелем (патент США № 3099239 от 30.07.63 г.). Несущие плоскости 1 крепятся к корпусу посредством стойки 5 с шарнирами. Крылья поднимаются и прижимаются к бортам с помощью тяги 2 и пружины 4. Благодаря применению подобной конструкции катера могут подходить к самому берегу, преодолевать мелководные водоемы в режиме глиссирования.
В одной из конструкций японской фирмы Ишикавайяма-Харима Хеви Индастриз, примененной на катере «IHF-З», убирающееся носовое крыло подтягивается к борту, складывается и поворачивается вокруг поперечной оси. Оригинален способ подъема кормового крыла; угловая колонка, на которой оно закреплено, поворачивается на 180° вокруг горизонтальной оси. На опускающемся коротком плече колонки имеется второй гребной винт для движения без крыльев. Управляется система с помощью рычага, расположенного у сиденья рулевого.
Катера на подводных крыльях канадской компании «Уотер Спайдер Марин» имеют два пересекающих поверхность воды крыла, расположенных по бортам у миделя чуть в корму от центра тяжести. Кормовое крыло выполнено в виде триммера 6 с регулируемым углом атаки. При возникновении дифферента на нос триммер развивает отрицательную подъемную силу, обеспечивая тем самым продольную устойчивость движения. Крылья и транцевый триммер при швартовке и подъеме на берег убираются. Описание крыльевой схемы дано в патенте США № 3380421.
Двухместная мотолодка «Уотер Спайдер 2-В», оборудованная упомянутой крыльевой схемой, приводится в движение подвесным мотором мощностью 20—35 л. с. с удлиненной дейдвудной частью и развивает максимальную скорость свыше 75 км/час. Предусмотрено устройство для управления триммером.
Такую же конструкцию имеет мотолодка «Уотер Спайдер 6-А» на шесть пассажиров.
При самостоятельной постройке мотолодок с пересекающими поверхность воды крыльями рекомендуем использовать тандемную схему с соотношением нагрузки между носовым и кормовым крылом примерно 60 и 40%. Крылья можно делать как сплошными, так и разрезными (очевидно, что разрезное крыло легче выполнить убирающимся, однако гидродинамическое качество его будет ниже, чем сплошного, и для достижения той же скорости потребуется большая мощность двигателя). В качестве профиля крыла можно рекомендовать обычный круговой сегмент толщиной примерно 0,05—0,07 ширины профиля и с острой входящей кромкой.
Ниже дается примерная схема определения по графикам основных элементов небольшого катера на V-образных подводных крыльях, в зависимости от пассажировместимости, полного водоизмещения (для легкосплавных корпусов со стальными крыльями), длины L и ширины В корпуса, потребной мощности двигателя и мореходности. Положение крыльев относительно корпуса, их площадь и хорды можно определить, пользуясь рекомендациями статьи «Гидродинамический расчет подводных крыльев» в сборнике №9, 1967 г.
Площадь носового крыла:
где Рн— нагрузка на носовое крыло, кг;
ρ = 102 кг/м4сек2 — массовая плотность воды;
υ — расчетная скорость движения, м/сек;
Суп — коэффициент подъемной силы носового крыла.
Хорда крыла:
Величина коэффициента подъемной силы на носовом крыле Сун=0,15÷0,25, на кормовом Сук≈1,2Сун. Гидродинамические характеристики сплошного V-образного крыла можно выбрать по графику.
Отстояние носового крыла от основной линии корпуса Н рекомендуется выбирать из соотношения Н≈1,4hв, где hв — высота волны. Однако верхние концы стабилизаторов не должны располагаться ниже основной линии корпуса. Остальные геометрические соотношения подводных крыльев указаны в эскизах.
Ходовые испытания позволят произвести окончательную проверку и доводку крыльевых устройств.
